(57)【要約】      （修正有）【課題】関心領域の画素値を凡そ目標出力値に設定でき、Ｘ線吸収の低い領域とＸ線吸収の高い領域とで適切な濃度とコントラストの画像が得られる自動階調処理機能を備えたＸ線撮影装置を提供する。【解決手段】入力画像データから特徴量を抽出するための領域を抽出する手段と、入力画像データの画素値を前記画像特徴量で正規化し階調変換する手段と、複数の基本階調変換特性を記憶する手段と、前記画像特徴量に対応する目標出力値を記憶する手段と、基本階調変換特性の出力値と目標出力値とを比較し、目標出力値に対する誤差が最小となる基本階調変換特性を選択する手段と、前記正規化階調変換特性と前記選択した基本階調変換特性とを合成して階調特性を作成する手段と、前記階調変換特性により前記入力画像データを所定の画素値に変換処理する手段とを備えて構成される。【選択図】図３
2006311922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射するＸ線を発生するＸ線発生手段と、このＸ線発生手段と対向配置され前記被検体の透過Ｘ線を検出するＸ線検出手段と、このＸ線検出手段で検出したディジタル画像データを補正処理し、該補正処理された入力画像データを所定の範囲の出力画像データに変換する階調変換手段と、この階調変換手段で変換された変換画像データを画像処理して所望のＸ線撮影画像を生成するＸ線撮影装置であって、前記階調変換手段は、前記入力画像データから画像特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記入力画像データの画素値を前記画像特徴量で正規化し階調変換する正規化階調変換手段と、この正規化階調変換手段で前記画像特徴量を正規化特徴量に変換する正規化特徴量変換手段と、複数の基本階調変換特性を記憶する基本階調変換特性記憶手段と、前記画像特徴量に対応する目標出力値を記憶する目標出力値記憶手段と、前記基本階調変換特性の出力値と前記目標出力値とを比較し、該目標出力値に対する誤差が最小となる基本階調変換特性を選択する基本階調変換特性選択手段と、前記正規化階調変換特性と前記選択した基本階調変換特性とを合成して階調変換特性を作成する階調変換特性作成手段と、前記階調変換特性により前記入力画像データを所定の画素値に変換する階調処理手段とを備えて成るＸ線撮影装置。
【請求項２】
請求項１において、前記特徴量抽出手段は、前記入力画像データから画像特徴量を有する領域を抽出する領域抽出手段を備えたことを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項３】
請求項２、前記領域抽出手段は、撮影部位に対応した領域を設定する手段を備え、この設定した領域から画像特徴量を抽出する手段であって、さらに前記基本階調変換特性記憶手段に撮影部位に対応する複数の基本階調変換特性を記憶し、前記目標出力値記憶手段に撮影部位に応じた画像特徴量に対応する目標出力値を記憶することを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項４】
請求項２または３において、前記画像特徴量は、前記領域抽出手段で抽出した領域における画素値の最大値、平均値、最小値であることを特徴とするＸ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、X線撮影装置に係り、特に撮影部位や撮影方向によってX線量が変化しても一定の範囲に画像をディジタル化し、つねに適切な画像濃度とコントラストを得る自動階調処理機能を備えたX線撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
胸部や腹部などの一般撮影検査用のX線撮影装置では、例えばX線平面検出器(Flat Panel Detector，以下、FPDと呼ぶ)等のX線検出器を使用してディジタルX線撮影画像データを取得し、この取得した画像データに前記X線検出器のオフセット補正、ゲイン補正、ディフェクト補正などの各種補正処理を行う。この補正処理によって得られたデータ(以下、このデータを入力画像データと呼ぶ)にダイナミックレンジ圧縮処理やフィルタ処理などの画像強調処理を行った後に、該処理画像データをハードディスクに保存すると共に自動表示階調処理により決定された表示ルックアップテーブル、表示ウィンドウ幅、表示ウィンドウレベルを画像の付帯情報として前記ハードディスクに保存する。
そして、前記付帯情報を用いて前記処理画像データを表示画像に変換し、この変換された画像をモニタに表示したり、イメージャに出力する。
【０００３】
上記入力画像データは、撮影メニュー(撮影部位や撮影方向)によってX線検出器に入射するX線量が変化しても一定の範囲に画像をディジタル化するために階調変換を行っており、特許文献1に開示されている方法がある。
この特許文献1による方法は、画像内でX線量が少なく信号レベルが最小になる基準値N1と、画像内でX線量が多く信号レベルが最大になる基準値N0を抽出し、下記の(式1)、(式2)に示す対数により、画像メモリに格納された画像信号Nをdに変換することで、自動的に濃度を補正するものである。
ｄ＝β・log(N0／N)                                  (式1)
(但し、dは補正後の画像信号、βは定数)
β＝dmax／｛log(N0／N1)｝                           (式2)
(但し、dmaxは濃度補正後の量子化最大値)
【特許文献１】特許第3375237号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、一般撮影検査時にFPDを用いた撮影装置における胸部正面画像に対して、上記特許文献1に開示されている画像の最小値、最大値を画像特徴量として、入力画像データを別のデータに変換する処理、すなわち階調処理を対数を用いて行った場合、この変換によって得られた画像では、心臓、縦隔、骨領域のようなX線吸収の高い領域のヒストグラムは広くなるのでコントラストが高くなり、逆に肺野のようなX線吸収の低い領域のヒストグラムは狭くなるのでコントラストが低下する場合がある。
【０００５】
一般X線撮影検査には、例えば、胸部正面、腹部正面、胸椎正面、手正面、足正面、アキレス腱等のような多様な撮影部位があるが、撮影部位が胸部正面の場合には、肺野の淡い陰影が見やすい画像が求められ、撮影部位が胸椎正面の場合には、胸椎のような骨領域が見やすい画像が要求される。
また、撮影部位がアキレス腱の場合には、軟部組織が見易い画像が要求される。
【０００６】
このように、一般撮影において、様々な撮影部位に対して医師が診断し易い画像を提供するためには、画素値の最小値と最大値を用いた対数による階調特性ではなく、低線量領域と高線量領域とでコントラストを自動的に調整できる階調特性が望ましい。
【０００７】
また、入力画像には、体内に例えばボルト等のX線吸収の高い金属を含んだ患者の撮影画像があるが、このような画像の場合でも関心領域の明るさ(例えば、肺野、縦隔)や、コントラスト(例えば肺野、縦隔)を保持した安定した階調処理を自動的に行えることが要求される。
このためには、関心領域の画素値を凡そ目標出力値に変換できるようにする必要がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたものであって、関心領域の画素値を凡そ目標出力値に変換でき、X線吸収の低い領域とX線吸収の高い領域とで適切な濃度とコントラストの画像が得られる自動階調処理機能を備えたX線撮影装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明のX線撮影装置は、以下によって達成される。
(1)被検体に照射するX線を発生するX線発生手段と、このX線発生手段と対向配置され前記被検体の透過X線を検出するX線検出手段と、このX線検出手段で検出したディジタル画像データを補正処理し、該補正処理された入力画像データを所定の範囲の出力画像データに変換する階調変換手段と、この階調変換手段で変換された変換画像データを画像処理して所望のX線撮影画像を生成するX線撮影装置であって、前記階調変換手段は、前記入力画像データから画像特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記入力画像データの画素値を前記画像特徴量で正規化する正規化階調変換手段と、前記正規化階調変換手段で前記画像特徴量を正規化特徴量に変換する正規化特徴量変換手段と、複数の基本階調変換特性を記憶する基本階調変換特性記憶手段と、前記画像特徴量に対応する目標出力値を記憶する目標出力値記憶手段と、前記基本階調変換特性の出力値と前記目標出力値とを比較し、該目標出力値に対する誤差が最小となる基本階調変換特性を選択する基本階調変換特性選択手段と、前記正規化階調変換特性と前記選択した基本階調変換特性とを合成して階調変換特性を作成する階調変換特性作成手段と、前記階調変換特性により前記入力画像データを所定の画素値に変換処理する階調処理手段とを備えて構成される。
【００１０】
(2)前記特徴量抽出手段は、前記入力画像データから画像特徴量を抽出するための領域を抽出する領域抽出手段を備える。
【００１１】
(3)さらに、前記領域抽出手段は、撮影部位に対応した領域を設定する手段を備え、この設定した領域から画像特徴量を抽出する手段であって、前記基本階調変換特性記憶手段に撮影部位に対応する複数の基本階調変換特性を記憶し、前記目標出力値記憶手段に撮影部位に応じた画像特徴量に対応する目標出力値を記憶するものである。
【００１２】
(4)また、前記画像特徴量は、前記領域抽出手段で抽出した領域における画素値の最大値、平均値、最小値である。
【００１３】
このように構成することによって、階調特性が対数を用いた単一の関数ではなく、区分的な複数の関数を使用しているため、低X線量側の画像データの伸張や、高X線量側の画像データの圧縮を自動的に調整可能であるため、例えば撮影部位が胸部正面の場合、肺野のコントラストを従来の対数を使用する場合よりも向上させることができる。
また、階調変換後の画像のヒストグラムを比較した場合でも、従来の対数を使用した場合より、肺野のヒストグラムが伸張され、胸部正面画像にとって最も重要である肺野の陰影のコントラストが得られ、診断に有用な画像を提供できる。
したがって、撮影部位が胸部正面の場合の例では、肺野と縦隔の画像濃度とコントラストは適切なものとなり、胸部正面画像にとっては特に重要である肺野部を立体感のあるものとすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基本階調変換特性記憶手段に低X線量側の関数と高X線量側の関数とを接続させた関数を複数記憶し、画像の特徴量と目標出力値により撮影部位、撮影方向などの撮影メニューに適した基本階調変換特性を自動的に選択して階調処理を行うようにしたので、低X線量側と高X線量側の画像濃度とコントラストを適切なものとすることができる。
本発明を胸部正面撮影に適用したの場合、肺野と縦隔の画像濃度とコントラストは適切なものとなり、胸部正面画像にとっては最も重要である肺野の陰影のコントラストが得られ、診断に有用な画像を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、撮影メニュー(撮影部位や撮影方向)によってX線検出器に入射するX線量が変化しても一定の範囲に画像をディジタル化し、つねに適切な画像濃度とコントラストが得られる自動階調処理機能を備えた本発明によるX線撮影装置の好ましい実施の形態について添付図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図1は、本発明の第1の実施形態による自動階調処理機能を備えたX線撮影装置の全体構成図である。
このX線撮影装置は、被検体1に照射するX線を発生するX線管を備えたX線発生装置2と、前記被検体1に照射するX線の照射範囲を制限するX線可動絞り装置3と、前記X線発生装置2とX線可動絞り装置3などのX線発生部を支持する天井吊りのX線発生部支持装置4と、前記X線発生装置2と対向配置され前記被検体1の透過X線を検出しこれをディジタル画像データに変換するX線検出部5と、このX線検出部5を床上に支持するX線検出部支持装置6と、撮影条件に対応したX線量を制御するためのX線制御機能を備えた前記X線発生装置2のX線管に印加する高電圧を発生するX線高電圧装置7と、前記X線検出部5で検出したディジタル画像データに前記X線検出部5のX線検出器のオフセット補正、ゲイン補正などの各種補正処理を施し、この補正処理で処理された入力画像データを一定の範囲の画像データに変換し、この変換された画像データにダイナミックレンジ圧縮処理、フィルタ処理等を行って得られた画像データから表示する撮影画像を生成する画像処理装置8と、この画像処理装置8で生成された撮影画像を表示する表示装置9(CRTや液晶モニタ等)と、撮影条件の設定、撮影部位名の入力、患者名の入力及び撮影や画像処理に必要な各種のパラメータの設定等を行う入力装置10とを備えて構成される。
なお、図示は省略するが、前記画像処理装置8には、前記画像処理を行って得られ画像データ及びこの画像データから表示画像を生成するために必要な表示ルックアップテーブル、表示ウィンドウ幅、表示ウィンドウレベル等の付帯情報を記憶するハードディスクが接続される。
【００１７】
X線可動絞り装置3は、4辺の移動可能な羽根(鉛板)を用いてX線照射野を適切な範囲に制限できるように構成され、さらに前記X線発生装置2には図示は省略したが前記X線可動絞り装置3で制限されたX線の強度分布を制御するための銅やアルミニューム板等で構成されたX線補償フィルタを付加することもできる。
【００１８】
X線検出部5のX線検出器には、被検体1を透過したX線データをディジタル値に変換可能な検出器であればどのような検出器でもよく、例えばイメージインテンシファイアとCCD(Charge Coupled Device;電荷結合素子)カメラとを組み合わせたもの、あるいは半導体式ディジタルX線検出器であるX線平面検出器(Flat Panel Detector)と呼ばれる検出器などが用いられ、これらの検出器と取り外し可能なX線グリッドでX線検出部5は構成される。
【００１９】
画像処理装置8は、図2に示すように、X線検出部5で検出して出力されたディジタル画像データにX線検出器のオフセット補正、ゲイン補正などの各種補正処理を行って入力画像データを得る補正処理部8aと、この補正処理部8aで処理された入力画像データを一定の範囲の画像データに自動的に階調変換する本発明の要部である自動階調処理部8bと、この自動階調処理部8bで変換された画像データにダイナミックレンジ圧縮処理、フィルタ処理等の画像処理を行う画像処理部8cと、この画像処理部8cで処理された画像データに自動表示階調処理により決定された表示ルックアップテーブル、表示ウィンドウ幅、表示ウィンドウレベルの付帯情報を用いて表示画像を生成する表示制御処理部8dとで構成される。
【００２０】
上記画像処理装置8のハードウェアは、図示は省略するが、各構成要素の動作を制御する中央処理装置(CPU)と、制御プログラム等を格納する主メモリと、処理された画像データや付帯情報データ等を記憶するハードディスク及び一時記憶メモリと、表示装置(図1の表示装置9と同じもの)の画面上のソフトスイッチを操作するマウス及びそのコントローラと、各種パラメータ設定用のキーやスイッチを備えたキーボードと、上記各構成要素を接続する共通バス等で構成され、これらはパーソナルコンピュータで実現できる。
なお、上記マウス及びキーボードによる入力装置は図1に示す入力装置10に含まれて構成される。
【００２１】
図3は、前記補正処理部8aで処理された入力画像データを一定の範囲の画像データに自動的に階調変換する本発明の要部である自動階調処理部8bのブロック図で、コンピュータが実行可能なプログラムの形態で実現する例である。
【００２２】
上記したように、以下に述べる図3に示す本発明のX線撮影装置の自動階調処理は、前記入力画像データと該入力データを階調変換して得られる出力画像データとの関係である階調特性の傾きを自動的に決定する処理である。
この処理を行うことによって、X線検出器への入射X線量が少ない場合にも多い場合にも入力画像データの画素値を適切な値に変換し、この変換された画素値を用いて生成される表示画像の濃度とコントラストを適正にするものである。
【００２３】
具体的には、X線検出器への入射X線量が少ない場合には、入力画像の特徴量を用いて前記階調特性の傾きを自動的に高くすることにより、入射X線量が少なくても画像処理に用いる画素値を適度の画素値に変換することができる。
逆にX線検出器への入射X線量が多い場合には、入力画像の特徴量を用いて前記階調特性の傾きを自動的に低くすることにより、入射X線量が多くても画像処理に用いる画素値を適度の画素値に変換することができる。
なお、上記入力画像とは、X線検出部5で検出器したデータにX線検出器のオフセット補正、ゲイン補正、ディフェクト補正等を行って得られた画像データである。つまり、X線検出部で検出したデータからX線検出器のオフセット分を減算し、さらに、前記減算した値を事前にアルミニューム板で撮影した撮影画像データから求めたX線検出器のゲイン画像で除算した後に、ある係数(例えば、前記ゲイン画像の平均値)を乗算する。
入力画像とは、このようなオフセット、ゲイン補正した後に、ディフェクト補正を行うことで、欠陥画素を補正した後の画像データのことである。
【００２４】
図3において、本発明の第1の実施形態によるX線撮影装置の自動階調処理は、入力画像から画像特徴量を抽出する領域抽出部101と、この領域抽出部101により抽出した領域から画像特徴量を抽出する特徴抽出部102と、この特徴抽出部102により抽出した画像特徴量を用いて前記入力画像の画素値を正規化するための正規化階調変換特性作成部103と、この正規化階調変換特性作成部103により作成した正規化階調変換特性を用いて前記特徴抽出部102により得られた画像特徴量を正規化する正規化特徴量作成部104と、複数の基本的な階調変換特性を記憶する基本階調変換特性記憶部105と、前記特徴抽出部102で抽出した画像特徴量に対応する目標出力値を記憶する目標出力値記憶部106と、前記基本階調変換特性記憶部105に記憶してある基本階調変換特性の出力値と前記目標出力値記憶部106に記憶してある画像特徴量に対応する目標出力値とを比較し、該目標出力値に対する誤差が最小となる基本階調変換特性を選択する基本階調変換特性選択部107と、前記正規化階調変換特性作成部103で作成した正規化階調変換特性と、前記基本階調変換特性選択部107で選択した基本階調変換特性とを合成して入力画像データに適した階調変換特性を作成する階調変換特性合成部108と、この階調変換特性合成部108で作成した階調変換特性を用いて前記入力画像を所定の画素値に変換する階調処理部109により構成される。
【００２５】
領域抽出部101は、例えば、撮影部位が胸部正面の場合、図4に示すように、領域1は画像全体(d)、領域2は縦隔(ｃ)、領域3は右肺野(a)、領域4は左肺野(b)に設定すればよい。なお、これらの特徴抽出領域の中心座標やサイズは、予め決定することができる。
上記抽出する各領域は、撮影前に縦隔に相当する固定的な領域(画像の中央部)や、肺野に相当する固定的な領域(画像の上部の右と左の領域)の始点と終点の座標を各々、前記入力装置から画像処理装置のハードディスクや、メモリ等に入力し記憶しておく。
すなわち、撮影前に撮影部位に応じて当該撮影部位の特徴抽出領域の位置や、サイズを前記ハードディスクや、メモリ等に記憶しておく。
【００２６】
上記特徴抽出領域の中心座標やサイズは、例えば上記の胸部正面撮影の場合、顎をX線検出器の上端に載せるような位置決めを行った後に撮影をおこなうので、肺野の位置は凡そ一定であるために、この領域を固定的に設定することが可能である。
したがって、特徴抽出領域である肺野の中心座標やサイズを撮影前に決定することができる。もちろん、肺野領域における直接X線の画素値に対する比率を用いて閾値を決定し、この求めた2つの閾値から肺野領域の形状を可変しても良い。この比率の具体例は画素値の上限値と下限値のそれぞれの比率を示し、その比率は50％，10％の値をとる。また、肺野の画素値と皮膚の画素値が同じ領域もあるため、閾値処理した画像について上下左右方向からある長さ(例2cm)除去した領域を肺野領域としてもよい。
【００２７】
なお、小柄な被検者の場合、照射野の大きさが横14×縦17インチ(半切フィルムのサイズに相当)では、診断に使用しない領域が存在するので、被曝低減を図るためにX線照射野を絞り、横14×縦14インチ(大角のフィルムサイズ)にして撮影を行う場合がある。
この場合は、X線可動絞り装置3の4辺の絞りの位置情報を用いて、照射野の大きさを横14×縦17インチから横14×縦14インチに縮小するので、縦隔(c)の中心座標を、照射野の縦の大きさに応じて変更しても良い。
【００２８】
特徴抽出部102は、前記領域抽出した画像領域に対して、例えば、画像の最小値や、平均値、最大値を計算する。
例えば、撮影部位が胸部正面の場合、画像全体(図4の領域d)から、最小値と最大値を取得し、左右の肺野(領域a, b)から領域aの最大値と領域bの最大値を取得し、そして、各肺野(領域a, b)の各平均値を計算してその最大値を取得し、さらに縦隔(領域c)から最小値を取得する。
このように、左右の肺野の平均値の最大値を使用することで、片方の肺がない片肺の患者の場合でも、肺野の平均値をより精度良く抽出することが可能である。
【００２９】
このように、特徴抽出部102は、画像データの最大値は領域aとbとdから、平均値は領域aとbの平均値のうちの最大となる値を、最小値は領域cとdから求めるものである。
上記最大値、平均値、最小値は、事前(撮影前)に撮影部位に応じた特徴抽出領域の位置、大きさは分っているので、これらはハードディスクに記憶しておき、オペレータはコンソール上で撮影部位に対応するボタンを押すことで、自動的に、撮影部位に応じた特徴抽出領域の座標がメモリに設定され、撮影直後に、指定した領域から前記各特徴量を抽出することができる。
【００３０】
正規化階調変換特性作成部103は、前記特徴抽出部102で抽出した画像特徴量、例えば、画像全体の最小値X1と最大値X5を用いて、図5に示すように線形に画素値を変換する特性とすればよい。
この図5において、入力xはX線検出器への入射X線量が0[μC／kg]の場合、値は0であり、入射X線量に比例して画素値が増加する値に対応している。
また、入力xが0〜x1の間で出力が0となるのは、画像の最小値をx1とした場合、画像にx1以下の画素がないため、出力値を0にクリップするためである。あるいは、x1は画像の最小値ではなく、0(固定値)に設定しても良い。
【００３１】
正規化特徴量作成部104は、特徴抽出部102で抽出した画像特徴量を正規化階調変換特性作成部103で作成した正規化階調変換特性を用いて変換したものである。例えば、特徴抽出部102で、縦隔の最小値X2(縦隔の画像特徴量)、右肺野の平均値と左肺野の平均値の最大値X3(右肺野と左肺野の画像特徴量)と、右肺野と左肺野の最大値X4(右肺野と左肺野の画像特徴量)を抽出した場合には、正規化階調変換特性をf(x)とすると、各々、f(X2)，f(X3)，f(X4)の関数で変換して正規化特徴量を作成する。
このように正規化特徴量を作成することにより、例えば撮影部位が胸部正面撮影の場合、階調処理後の撮影画像において、縦隔の最小値、肺野の平均値、及び肺野の最大値を後述の目標値に変換することができる。
【００３２】
基本階調変換特性記憶部105は、複数の基本的な階調変換特性を記憶するもので、図6に示す3種類の基本階調変換特性を例として説明する。
基本階調変換特性記憶部205には、図6に示すg1(x)，g2(x)，g3(x)の基本階調変換特性を記憶しておく。入力xはX線検出器で検出し、これをディジタル値に変換した画像データに各種補正を行って得たデータで、この入力データxを、例えば14bit、この入力データxに対応する出力値gを12bitとする。
【００３３】
基本階調変換特性は、例えば、低X線量側(出力値gがY0以上の場合)を直線で表される(式3)の関数1とし、高X線量側(出力値gがY0以下の場合)は対数で表される(式4)の関数２とすれば良い。
gi(x)＝aL・x＋bL            gi(x)：[Y0，4095]              (式3)
gi(x)＝aH・ln(x＋bH)＋cH    gi(x)：[0，Y0]                 (式4)
あるいは、基本階調変換特性は、低X線量側の関数1を(式5)の2次多項式で表し、高X線量側の関数2を(式6)の対数で表すことも可能である。
gi(x)＝aL・x2＋bL・x＋cL     gi(x)：[Y0，4095]             (式5)
gi(x)＝aH・ln(x＋bH)＋cH     gi(x)：[0，Y0]                (式6)
あるいは、基本階調変換特性は、低X線量側の関数1を(式7)の3次多項式、高X線量側の関数2を(式8)の3次多項式とすることが可能である。
gi(x)＝aL・x3＋bL・x2＋cL・x＋dL     gi(x)：[Y0, 4095]     (式7)
gi(x)＝aH・x3＋bH・x2＋cH・x＋dH     gi(x)：[0, Y0]        (式8)
あるいは、基本階調変換特性は、低X線量側の関数1を(式9)の対数、高X線量側の関数2を(式10)の対数とすることが可能である。
gi(x)＝aL・ln(x＋bL)＋cL    gi(x)：[Y0, 4095]              (式9)
gi(x)＝aH・ln(x＋bH)＋cH    gi(x)：[0, Y0]                 (式10)
【００３４】
このように、低X線量側と高X線量側で直線、対数、多項式を組み合わせて基本階調変換特性を表すことができ、例えば、(式3)のように、低X線量側のコントラスト(基本階調変換特性の傾きの絶対値)を一定にすることで、心臓・縦隔・骨領域のような画像領域のコントラストを抑えることで、胸部撮影における関心領域である肺野のコントラストを適切なものとすることができる。
これは、対数等で低線量域の傾きを高くして変換すると、縦隔部のヒストグラムの分布がひろくなり、椎体が目立つ画像になり、胸部正面の診断には適さない。つまり、胸部正面撮影では、肺野の陰影の抽出が重要であるため、肺野部のヒストグラムが広くなるような階調変換特性が要求されるためである。
【００３５】
上記図6の基本階調変換特性の2種類の関数1と関数2との接続点のY座標であるY0の値は、実験でいろいろな階調特性を試して医師の方の画質評価から決定したもので、例えば、撮影部位が胸部正面の場合、出力値の範囲の50％の値(Y0＝4095×0.50＝2048)に設定すれば凡そ良いことが分った。
なお、基本階調変換特性記憶部105には、上記3本の基本階調変換特性に限定するものではなく、種々の撮影部位や撮影方法(種々の撮影メニュー)に対応できるようにするために複数の階調変換特性を記憶させ、この中から後述の基本階調変換特性選択部107で上記撮影メニューに適した基本階調変換特性を選択しても良い。
この基本階調変換特性は、医療施設に納品する前に、工場内で、ファントム撮影や、ボランティア撮影を通じて、適正な階調特性を決定してその傾きを、例えば、75％〜150%まで変化させた複数の階調変換特性を作成する。
この作成した複数の階調特性をハードディスクに記憶しておき、画像処理装置において、画像処理のアプリケーションが起動した際に、前記ハードディスクから読み出し、これをメモリに記憶する。
【００３６】
目標出力値記憶部106は、各画像特徴量に対応する目標出力値を記憶するものである。例えば、撮影部位が胸部正面の場合には、図7に示すように、目標出力値Y2は、上記関数f(X2)で求めた縦隔の最小値X2(縦隔の画像特徴量)に対応する後述の階調処理部109で処理される出力画像の目標画素値とし、目標出力値Y3は、上記関数f(X3)で求めた右肺野の平均値と左肺野の平均値との最大値X3(右肺野と左肺野の画像特徴量)に対応する同じく後述の階調処理部109で処理される出力画像の目標画素値とし、目標出力値Y4は、上記関数f(X4)で求めた右肺野と左肺野の最大値X4(右肺野と左肺野の画像特徴量)に対する同じく後述の階調処理部109で処理される出力画像の目標画素値とすれば良い。
上記目標出力値は、例えばボランティアの撮影画像から、適正な階調特性(例えば、傾き1.2)を決定したのち、ボランティアの撮影画像の各々の特徴量(縦隔の最小値、肺野の平均値、肺野の最大値)の平均値を事前に計算しておき、適正な階調特性の対応する出力値を求めることにより決定し、これをハードディスクに記憶しておく。
【００３７】
基本階調変換特性選択部107は、前記正規化特徴量作成部104で作成した正規化画像特徴量に対応する基本階調変換特性記憶部105に記憶されている基本階調変換特性の出力値と、前記正規化画像特徴量に対応する目標出力値記憶部106に記憶されている目標値出力値との比較を行うもので、図7に基本階調変換特性と目標出力値との関係を示す。
正規化特徴量作成部104で作成した正規化画像特徴量f(X2), f(X3), f(X4)に対して、目標出力値記憶部106に事前に記憶してある目標出力値Y2，Y3，Y4と、入力xがf(X2), f(X3), f(X4)に対するi番目の基本階調変換特性gi(x)の各出力値gi(f(X2)), gi(f(X3)), gi(f(X4))との差の絶対値の和Eiを(式11)により計算し、すべての基本階調変換特性gi(x)について誤差の絶対値の総和Eiを求める。
Ei＝|gi(f(X2))-Y2|＋|gi(f(X3))-Y3|＋|gi(f(X4))-Y4|      (式11)
( ここで、i＝1, 2, 3)
そして、上記誤差の絶対値の総和Eiが最小となるc番目の基本階調変換特性gc(x)を選択する。
図7の場合には、c＝2、すなわち2番目の基本階調変換特性が選択されることになる。
【００３８】
このように、目標出力値記憶部106に記憶した目標出力値は、基本階調変換特性の選択の際の比較点(例えば、図7の黒点)として使用される。
また、目標出力値は、本発明の自動階調処理装置において、入力画像の特徴量の凡その変換値を規定するものであって、図7に示したように、前記比較点に対して選択される基本階調変換特性は必ずしも一致する特性ではなく、基本階調変換特性の入出力関係に拘束された条件化で、前記比較点の値を近似するものである。
この結果、基本階調変換特性を用いて階調特性の入出力関係に拘束条件を設けているため、安定した階調特性を作成することができる。
【００３９】
階調変換特性合成部108は、正規化階調変換特性作成部103で作成した正規化階調変換特性f(x)と、階調変換特性選択部107で選択したｃ番目の基本階調変換特性gc(x)とを(式12)により合成するもので、これによって図8に示す入力画像データxと出力画素値yの関係の階調変換特性y(x)を得ることができる。
y(x)＝gc(f(x))                                           (式12)
【００４０】
階調処理部109は、前記階調変換特性合成部108で合成した階調変換特性y(x)を用いて、入力画像データの階調処理を行い、階調変換された画像データを出力する。
【００４１】
このように、階調特性を作成した後に、すべての画素に対して階調処理を行うため、入力画像の階調処理を自動的に高速に行うことができる。
【００４２】
次に、上記の自動階調処理装置を用いたX線撮影装置の動作について図9のフローチャートを用いて説明する。
(1)撮影及び画像処理パラメータの設定(ステップS200)
撮影する前に入力装置10を用いて撮影条件の設定、撮影部位名の入力、患者名の入力及び撮影や画像処理に必要な各種のパラメータ等を設定する。
また、図示省略のハードディスクには、画像処理装置8の補正処理部8aの補正処理に必要なX線検出器のオフセット補正、ゲイン補正などの各種の補正データ、本発明による自動階調処理部8bの階調変換処理に必要な撮影部位、撮影方向の撮影メニューに応じた入力画像の特徴抽出領域の中心座標とサイズ、複数の基本階調変換特性、これらの基本階調変換特性の関数1と関数2の接続点の値、前記特徴抽出領域における画像特徴量に対応する目標出力値が記憶されており、画像処理のアプリケーションが起動した際に、前記データをハードディスクから読み出し、一次記憶メモリに記憶する。ただし、前記複数の基本階調変換特性及びこれらの基本階調変換特性の関数1と関数2の接続点の値は自動階調処理部8bの基本階調変換特性記憶部105に、前記特徴抽出領域における画像特徴量に対応する目標出力値は目標出力値記憶部106に記憶される。
【００４３】
(2)撮影画像データの収集(ステップS201)
入力装置10からの撮影開始信号により、X線撮影装置は撮影を開始し、X線発生装置2から被検体1にX線を照射する。
前記被検体1を透過したX線はX線検出部5のX線検出器で検出され、これをディジタル画像データに変換して前記被検体1の撮影画像データを収集する。
前記X線検出器にX線平面検出器を用いた場合、該X線平面検出器は、入射するX線のエネルギーを光若しくは電荷量に変換するX線変換部と、このX線変換部で変換された光を電荷に変換した値、若しくは前記X線エネルギーを直接電荷に変換した値を検出する二次元半導体検出素子アレィによる行と列からなるマトリクス状に配された画素の蓄積コンデンサにX線の二次元強度分布を電荷として蓄積し、この電荷を読み出し、これをアナログ／ディジタル変換器でディジタル値に変換してディジタル画像データを得る。
【００４４】
(3)補正処理(ステップS202)
このようにして検出し収集したディジタル画像データを画像処理装置8に入力し、該画像処理装置8の補正処理部8aでX線検出器のオフセット補正、ゲイン補正などの各種の補正を行って入力画像データを得る。
【００４５】
(4)自動階調処理(ステップS203)
前記補正された入力画像データを自動階調処理部8bで撮影メニュー(撮影部位や撮影方向)によってX線量が変化しても所定の範囲になるように前記入力画像データを階調変換する。
【００４６】
1)階調変換処理パラメータの読み込みと画像特徴量領域の抽出(ステップS204，S205)    前記入力装置10で設定した撮影部位、撮影方向の撮影メニューに応じた前記一次記憶メモリ(図示省略)に記憶してある入力画像の特徴抽出領域の中心座標とサイズを読み出し、領域抽出部101で画像特徴量を抽出するための領域を抽出する。
【００４７】
2)画像特徴量の抽出(ステップ206)
特徴抽出部102で前記領域抽出部101で抽出した領域から画像特徴量を抽出する。
【００４８】
3)正規化階調変換特性の作成(ステップS207)
前記特徴抽出部102により抽出した画像特徴量を用いて前記入力画像の画素値を正規化階調変換特性作成部103で正規化階調変換特性を作成する。
【００４９】
4)正規化特徴量の作成(ステップ208)
前記正規化階調変換特性作成部103で作成した正規化階調変換特性を用いて前記特徴抽出部102で抽出した画像特徴量を正規化特徴量作成部104で正規化特徴量を作成する。
【００５０】
5)基本階調変換特性、目標出力値の読み込み(ステップS209) 
基本階調変換特性記憶部105に記憶してある複数の基本階調変換特性と、目標出力値記憶部106に記憶してある前記特徴抽出部102で抽出した画像特徴量に対応する目標出力値とを読み込み、これらを基本階調変換特性選択部107に入力する。
【００５１】
6)基本階調変換特性の選択(ステップ210)
前記基本階調変換特性選択部107で前記基本階調変換特性の出力値と前記画像特徴量に対応する目標出力値とを比較し、該目標出力値に対する誤差が最小となる基本階調変換特性を選択する。
【００５２】
7) 正規化階調変換特性と基本階調変換特性の合成(ステップS211)
前記正規化階調変換特性作成部103で作成した正規化階調変換特性と、前記基本階調変換特性選択部107で選択した基本階調変換特性とを階調変換特性合成部108で合成する。
【００５３】
8)入力画像データの階調処理(ステップ212)
前記階調変換特性合成部108で合成して得られた階調変換特性と前記入力画像データとを階調変換処理部109に入力し、前記入力画像を所定の画素値に階調変換して出力画像データを得る。
【００５４】
(5)画像強調処理等の画像処理(ステップ213)
上記自動階調処理部8bで階調変換された出力画像データを画像処理部8cでダイナミックレンジ圧縮処理、フィルタ処理、画像の左右反転、撮影画像のトリミング等の画像処理を行い、表示する画像データを生成する。
【００５５】
(6)表示画像制御理処理と画像表示(ステップS214，215)
表示制御処理部8dで前記画像処理された画像データに自動表示階調処理により決定された表示ルックアップテーブル、表示ウィンドウ幅、表示ウィンドウレベルの付帯情報を用いて表示画像を生成し、この表示画像を表示装置9に表示する。
【００５６】
図10〜図13に胸部正面撮影における従来の対数による単一の階調変換特性を用いて階調変換した場合と、本発明による複数の基本階調変換特性の中から画像の特徴量に対応した基本階調変換特性を選択し、この選択した基本階調変換特性を目標出力値で補正した階調特性で階調変換した場合とのヒストグラムと撮影画像との比較例を示す。
図10と図11はヒストグラムの比較、図12と図13は撮影画像の比較例である。
図10に示す従来の対数による単一の階調特性で階調変換を行った場合のヒストグラムは、縦隔、心臓、骨領域のX線吸収の高い領域の低X線量域の傾きが高く変換されるので縦隔部のヒストグラムの分布が広くなり、図12に示すように椎体が目立つ画像となり胸部正面の診断には適さないものとなる。
これに対して、本発明による階調特性で階調変換を行った場合のヒストグラムは、図11に示すようにX線吸収の低い領域である肺野のヒストグラムが広くなるように階調変換されるので、図13に示すように胸部正面画像にとって最も重要である肺野の陰影のコントラストを向上でき、診断に有用な画像を提供できる。
【００５７】
以上のように、本発明による第1の実施形態のX線撮影装置によれば、階調特性が対数を用いた単一の関数ではなく、区分的な複数の関数を使用しているため、低X線量側の画像データの伸張や、高X線量側の画像データの圧縮を接続点のY座標により自動的に調整可能であるため、例えば撮影部位が胸部正面の場合、肺野のコントラストを従来の対数を使用する場合よりも向上させることができる。また、階調変換後の画像のヒストグラムを比較した場合でも、従来の対数を使用した場合より、肺野のヒストグラムが伸張されていることが分かる。
したがって、撮影部位が胸部正面の場合の例では、肺野と縦隔の画像濃度とコントラストは適切なものとなり、胸部正面画像にとっては特に重要である肺野部を立体感のあるものとすることができる。
【００５８】
図14は、本発明のX線撮影装置の要部である自動階調処理部の第2の実施形態のブロック図である。
この第2の実施形態の自動階調処理部11は、上記第1の実施形態の自動階調処理部8における領域抽出部101を撮影部位に応じて特徴領域が抽出できる領域抽出部301に変更し、同じく特徴抽出部102を撮影部位に応じて画像特徴量を抽出することができる特徴抽出部302に変更し、さらに基本階調変換特性記憶部105を撮影部位に対応する複数の基本的な階調特性を記憶する基本階調変換特性記憶部305に、そして目標出力値記憶部106を撮影部位に応じた画像特徴量に対応する目標出力値を記憶する目標出力値記憶部306に変更したものである。
【００５９】
前記領域抽出部301は、撮影部位に応じて、例えば、胸部正面の場合では抽出する領域を図3のように設定し、腹部正面の場合には、例えば、図15のように画像の中央に円形の領域aを設定すればよい。
なお、照射野の大きさ(横14×縦17インチ、横14×縦14インチ、等々)に応じて、特徴抽出領域の大きさを変更してもよい。
【００６０】
前記特徴抽出部302は、撮影部位に応じて画像特徴量の計算方法を変更する。例えば、  撮影部位が胸部正面の場合、画像全体の最小値、最大値、縦隔の最小値、左右肺野の各々の平均値の最大値、左右の肺野の最大値の最大値とし、腹部正面の場合には、画像全体の最小値と最大値と、画像中央の円形領域の平均値のように特徴量の計算方法を変更するものである。
【００６１】
基本階調変換特性記憶部305は、例えば、図16に示すように、低線量側の関数1を直線とし、高線量側の関数2を対数として、前記関数1と関数2の接続点のY座標(Y0)の値を(a)の頭蓋骨、(b)の胸部、(c)の股関節のように撮影部位に応じて変化させ、これらを予め作成して記憶しておくものである。
【００６２】
目標出力値記憶部306は、撮影部位に応じて変更するもので、例えば、撮影部位が腹部正面の場合には、画像の中央部の円領域の平均値が出力範囲の50％(例えば、出力の最大値が4095の場合は、4095×0.5＝2048)とする。
【００６３】
このように、領域抽出部301、特徴抽出部302、基本階調変換特性記憶部305、及び目標出力値記憶部306を撮影部位に対応したものに変更し、これらを用いて第1の実施形態の自動階調処理と同様に入力画像データを所定の範囲の画像データに階調変換し、この変換された画像データを画像処理、表示制御処理を行うことにより、撮影部位に対応した適切な濃度とコントラストの撮影画像を表示装置に表示したり、イメージャーに出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第1の実施形態による自動階調処理機能を備えたX線撮影装置の全体構成図。
【図２】本発明の第1の実施形態による自動階調処理機能を備えた画像処理装置の構成ブロック図。
【図３】本発明の要部である自動階調処理部のブロック図。
【図４】胸部正面撮影部位の特徴抽出領域を示す図。
【図５】正規化階調変換特性作成部で作成した正規化階調変換特性の例を示す図。
【図６】基本階調変換特性記憶部に記憶してある複数の基本階調変換特性の例を示す図。
【図７】複数の基本階調変換特性から適正な基本階調変換特性を選択する説明図。
【図８】正規化階調変換特性と選択した基本階調変換特性との合成関数を示す図。
【図９】本発明によるX線撮影装置の動作を説明するフローチャートを示す図。
【図１０】従来の対数による階調特性を用いて階調処理した胸部画像のヒストグラムの模式図。
【図１１】本発明の階調特性を用いて階調処理した胸部画像のヒストグラムの模式図。
【図１２】従来の対数による階調特性を用いた胸部画像を示す図。
【図１３】本発明の階調特性を用いた胸部画像を示す図。
【図１４】本発明のX線撮影装置の要部である自動階調処理部の第2の実施形態を示すブロック図。
【図１５】腹部正面撮影部位の特徴抽出領域を示す図。
【図１６】本発明の第2の実施形態における基本階調変換特性記憶部に記憶してある撮影部位に対応した基本階調変換特性の例を示す図。
【符号の説明】
【００６５】
1  被検体、2  X線発生装置、3  X線可動絞り装置、5  X線検出部、7  X線高電圧装置、8  画像処理装置、8a  補正処理部、8b  自動階調処理部、8c  画像処理部、8d  表示制御部、9  表示装置、10  入力装置、101  領域抽出部、102  特徴抽出部、103  正規化階調変換特性作成部、104  正規化特徴量作成部、105  基本階調変換特性記憶部、106  目標出力値記憶部、107  基本階調変換特性選択部、108  階調変換特性合成部、109  階調処理部、301  領域抽出部、302  特徴抽出部、305  基本階調変換特性記憶部、306  目標出力値記憶部
【図１】
2006311922.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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